Введение
Филосиликатная группа минералов
Монмориллионит – очень мягкий минерал филосиликатной группы, образующийся при осаждении из водных растворов в виде микроскопических кристаллов, известных как глина. Назван в честь Монморильона во Франции. Монмориллионит, относящийся к группе смектитов, является глиной состава 2:1, то есть состоит из двух тетраэдрических слоев кремнезема, заключающих в себе центральный октаэдрический слой глинозема. Частицы имеют пластинчатую форму со средним диаметром около 1 мкм и толщиной 0,96 нм; для разрешения отдельных частиц глины требуется увеличение примерно в 25 000 раз с использованием электронного микроскопа. К представителям этой группы относятся сапонит, нонтронит, бейдельлит и гекторит. Монмориллионит является подклассом смектита – филосиликатного минерала 2:1, характеризующегося более чем 50% октаэдрическим зарядом; его катионообменная ёмкость обусловлена изоморфной заменой Mg на Al в центральной алюминиевой плоскости. Замена катионов с более низкой валентностью в таких случаях оставляет близлежащие атомы кислорода с чистым отрицательным зарядом, способным притягивать катионы. В отличие от него, бейдельлит – это смектит с более чем 50% тетраэдрическим зарядом, возникающим в результате изоморфной замены Al на Si в слое кремнезема. Отдельные кристаллы монтмориллонитовой глины слабо связаны между собой, поэтому вода может проникать внутрь, вызывая набухание глины, что делает монтмориллионит характерным компонентом набухающих почв. Содержание воды в монтмориллионите переменчиво, и его объем значительно увеличивается при поглощении воды. Химически это гидратированный силикат натрия, кальция, алюминия, магния и гидроксид |(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2*nH2O. Калий, железо и другие катионы часто выступают в качестве замещающих элементов, а точное соотношение катионов варьируется в зависимости от источника. Часто встречается в смеси с хлоритом, мусковитом, иллитом, кукеитом и каолинитом.
Условия в пещере
Монмориллионит может концентрироваться и преобразовываться в пещерной среде. Естественное выветривание пещеры может оставлять концентрации алюмосиликатов, содержавшихся в коренной породе. Монмориллионит может медленно образовываться в растворах алюмосиликатов. Высокие концентрации HCO3− и длительное время могут способствовать его формированию. Монмориллионит затем может превращаться в палигорскит в сухих условиях и в галлозит 10Å (энделит) в кислых условиях (pH 5 или ниже). Галлозит 10Å может далее преобразовываться в галлозит 7Å при высушивании.
Применение
Монмориллионит используется в нефтедобывающей промышленности в качестве компонента бурового раствора, придавая ему вязкость, что способствует охлаждению бура и удалению выбуренной породы. Он также применяется в качестве почвенной добавки для удержания влаги в засушливых почвах, при строительстве земляных плотин и дамб, а также для предотвращения утечки жидкостей. Кроме того, он используется как компонент литейного песка и в качестве осушителя для удаления влаги из воздуха и газов. Монмориллионитовые глины широко применяются в каталитических процессах. В качестве катализаторов крекинга монтмориллионитовые глины используются уже более 60 лет. Другие кислотные катализаторы используют монтмориллионитовые глины, обработанные кислотой. Как и многие другие глины, монтмориллионит увеличивается в объеме при добавлении воды. Монмориллиониты расширяются значительно сильнее, чем другие глины, благодаря проникновению воды в межслойные пространства и сопутствующей адсорбции. Степень расширения в значительной степени зависит от типа обменных катионов, содержащихся в образце. Присутствие натрия в качестве преобладающего обменного катиона может привести к увеличению объема глины в несколько раз. Поэтому натриевый монтмориллионит стал основным компонентом не взрывчатых составов для раскалывания горных пород в карьерах, чтобы уменьшить количество отходов, или для демонтажа бетонных конструкций, где использование взрывчатых веществ недопустимо. Это свойство набухания делает монтмориллионит, содержащий бентонит, полезным также в качестве кольцевой уплотнительной пробки для водяных скважин и в качестве защитной облицовки для полигонов захоронения отходов. Другие области применения включают использование в качестве антислеживателя в кормах для животных, в бумажной промышленности для минимизации образования отложений, а также в качестве компонента, способствующего удержанию и дренажу. Монмориллионит также используется в косметике. Натриевый монтмориллионит также служит основой для некоторых наполнителей для кошачьих туалетов благодаря своим адсорбирующим и комкующимся свойствам. Монмориллионит может быть использован для удаления мышьяка из сточных вод.
Изделия из кальцинированной глины
Монмориллионит можно прокаливать для получения арциллита — пористого материала. Эта прокаленная глина продается как улучшитель почвы для спортивных площадок и других почвенных продуктов, например, в качестве грунта для бонсай как альтернатива акадаме.
Медицина и фармакология
Монмориллионит эффективен как адсорбент тяжелых металлов, однако влияние этого на здоровье человека неизвестно. Предполагается, что адсорбция тяжелых металлов возможна только при прямом контакте глины с ними. Следовательно, он не будет эффективен при приеме внутрь, поскольку почти наверняка не проникает через слизистые оболочки кишечника. Для наружного применения монтмориллионит используется для лечения контактного дерматита.
Корм для домашних животных
Монмориллионитовая глина добавляется в некоторые корма для собак и кошек в качестве антислеживающего агента, а также потому, что она может оказывать некоторое сопротивление воздействию токсинов окружающей среды, хотя исследования по этому вопросу пока не дают окончательных результатов. В виде мелкого порошка ее также можно использовать в качестве флокулянта в прудах. При рассыпании на поверхность воды, создавая эффект помутнения, она притягивает мельчайшие частицы, а затем оседает на дно, очищая воду. Кои и золотые рыбки (карпы) затем фактически питаются образовавшимся осадком, что может способствовать пищеварению рыб. Она продается в магазинах товаров для прудов.
Открытие
Монмориллионит был впервые описан в 1847 году по образцам из Монморильона в департаменте Вьенна, Франция, более чем за 50 лет до открытия бентонита в США. Он встречается во многих местах по всему миру и известен под другими названиями. В последнее время новый источник монтмориллионита был исследован в горах Сулейман в Пакистане.